第五章　生物與生物間及其與環境的相互關係

生態系內的物質循環和能量流

一、　簡介

?        生態系內物質不斷循環，改變其形態；這循環亦影響生物之間的相互關係。

 

二、　水循環

?        在水循環中，生物所佔的比例非常低；主要是環境內不同的水體之間的互換和循環。

?        由於是環境內水的互換，所以水蒸發量相等於水下降量。

 

三、　碳循環

?        碳是一切有機物的主要元素，其重要的化合物（碳水化合物、蛋白質、脂肪）組成生物的基本單位─細胞。

?        碳循環中可見兩方面的平衡：大氣中二氧化碳的消耗（主要是透過光合作用）和二氧化碳的形成。兩者應是互相平衡的。

?        然而人類的活動嚴重影響了這循環：

n      伐木減少了樹木的光合作用；

n      燃燒化石燃料大量增加二氧化碳量。

?        空氣中的二氧化碳被稱為溫室氣體（greenhouse gas）。二氧化碳的增加導致溫室效應加劇。

 

四、　氮循環

?        氮是蛋白質內的成份元素，是原生質的重要構造。

?        植物從泥土中攝取硝酸鹽，合成蛋白質；透過攝食被消費者所吸收。

?        空氣中雖然有高濃度的氮，但大部分生物未能使用。某些微生物（固氮細菌Rhizobium）把空氣中的氮轉化為銨鹽（ammonium），其他微生物（亞硝酸細菌Nitrosomonas和硝酸細菌Nitrobacter）再轉為植物可用的硝酸鹽（nitrate）。

?        當含氮的鹽被沖到海床，它將不能再被使用。

 

五、　表達生態系內的能量流

?        在生態系內不同生物有食性層次的關係，其關係可以透過食物鏈表達。

?        同一生態系內出現的不同食物鏈，可連結成食物網。

?        透過攝食，能量從一個食性層次轉移到另一食性層次。可以用金字塔顯示其能量的傳遞：

 

5.1  數目塔（Pyramid of Number）

?        建基於某一時間內各食性層次生物個體的數量。

?        獲取這金字塔雖然較簡單，但它並未能提供任何有關生物質量和大小的資料，所以會出現倒轉的情況（如消費者上有寄生生物）。

 

5.2  生物量塔（Pyramid of Biomass）

?        建基於某一時間內各食性層疵生物的乾重。

?        雖然生物量塔較數目塔準確，但它仍有限制：

a.      難以準確計算一個種群內所有個體的總乾重（所以通常是收集一限定範圍的小樣本）；

b.      由於生物量塔只計算現存量（standing crop，即某一特定時間所存在的總質量），對於量度一些體形小但繁殖率高的生物時會出現很大的偏差。例如表達水中的生態系時生物量塔出現倒轉的情況。因為雖然在特定時間內浮游植物的總量小，但其繁殖率甚高，所以能支持質量更大的消費者。

 

5.3  能量塔（Pyramid of Energy）

?        它計算在某一段時間之內一平方米範圍的環境內各食性層次生物所使用的能量（以乾重表達）。

 

六、　能量流

?        在大部分生態系內，陽光是能量的來源。

?        綠色植物以光合作用吸收陽光，但其生態效率極低（只有1% 光能可以經光合作用轉化為化學能）。

　

練習

1.      空氣中的氮，經氮循環進入或離開生物世界。試描述大氣中的氮分子，在一含有豆科植物和草食性哺乳動物的食物鏈中，傳送及回流至大氣的各項活動。答案中應描述氮在這些生物體內的吸收、處理和運用。 (20分)

2.      描述空氣中的氮如何合併到陸生被子植物體內。這與空氣中的二氧化碳合併到陸生被子植物體内的過程有何分別？ (20分)

 資料來源：以撒之家